autos

Calcular el ciclo de trabajo de un motor diesel, datos iniciales: potencia nominal del motor sin sobrealimentación a n= 2400 rpm, Ne=200 kW; número de cilindros i=8; relación de compresión e = 22; coeficiente de exceso de aire α= 1.6; combustible de motor diesel (C=0.87, H=0.126; Oc=0.004); poder calorífico inferior Hu= 42 MJ/Kg
Solución:
Datos:
Tipo de motor: dieselPotencia efectiva: Ne= 200 KW
Velocidad nominal: n = 2400rpm
Numero de cilindros= 8
Relación de compresión: e= 22
Coeficiente de exceso: α= 1.6
Poder calorífico inferior del combustible : Hu= 42 MJ/kg
combustible: (C=0.87; H=0.126 Oc=0.004)

La cantidad de aire teórica necesaria para la combustión de 1 kg de combustible:
l0= 1/0.23 (8/3 C + 8H - OC)
Reemplazando datos:
l0=1/0.23(8/3 (0.87)+8(0.126)-0.004)
l0= 14.45 Kg
O aplicando lo siguiente:
L0=1/0.209(C/12+H/4-O_C/32) = 1/0.209(0.87/12+0.126/4-0.004/32)
L0= 0.499 kmol
Comprobando:
L0=l_0/μ_a =14.45/28.96=0.499
La cantidad total de aire:
M1=αL0 ; reemplazando M1= 1.6(0.499)= 0.798 Kmol/Kg
Los productos de combustión para α=1 se hallan:
(M2)α=1=C/12+ H/2+0.79L0

Reemplazandodatos:

(M2) α=1=0.87/12+ 0.126/2+0.79(0.499)

(M2) α=1=0.5297 Kmol/Kg
La cantidad excedente de aire fresco es:

(α-1) L0= (1.6-1) x0.499= 0.2994 Kmol/Kg

La cantidad total de los productos de combustión M2:
M2=0.5297+0.2994=0.8291 Kmol/Kg

El coeficiente teórico de variación:
μ0= M2/M1=0.8291/0.798=1.0389
4) Parámetros del proceso de admisión. Consideramos los siguientes datospara la carga en el proceso de admisión:
P0= 0.1 MPa= 1bar
T0= 288K=15℃
∆T=30℃
Ra=8.314/μ_a KJ/KgK
μ_a=28.96
Densidad de la carga en la admisión (pa) como pk=p0
pa=p0- (β^2+ε)(w^2 ad)/2 ρ0.〖10〗^(-6)
Asignamos (β^2+ε)= 2.8 wad=80 m/s, por lo que
pa= 0.1- 2.8/2.〖80〗^2.1209.〖10〗^(-6)=0.089 Mpa= 0.892bar
Adoptamos los siguientes parámetros para los gases residuales: pr=0.12 Mpa;Tr=850K=577℃
Entonces el coeficiente de gases residuales:
γr= T_(0+∆T)/Tr Pr/(εpa-pr)=(288+30)/850 x 0.12/(22x0.892-0.12)=0.0023
La temperatura al final de la admisión Tk=T0 se halla:

Ta=(T0+∆T+γrTr)/(1+γr)=(288+30+0.023x850)/(1+0.023)=329.9609K
El rendimiento volumétrico de la ecuación (152), siendo φ1=1, pk=p0 y Tk=T0 resulta
n V=Ɛ/(Ɛ-1) pa/p0 T0/(Ta(1+γr))=22/(22-1) x 0.0892/0.1 x288/329.9609x1.0023=0.81=81%
5. parámetros del proceso de compresión. Admitimos que el exponente politrópico de compresión n1=1.38 la presión al final de la compresión se halla de la ecuación (162)
Pc=paƐ^n1=0.0892x〖22〗^1.38=6.3519MPa=63,52bar
La temperatura al final de la compresión (Tc):
TC=TaƐ^(n1-1)=329.9609x〖22〗^(1.38-1)=1068.03K= 794,9℃
6. Parámetros del proceso de combustión. Laecuación del proceso de combustión en el motor diesel (Ɛ_L=0.82) , resultara:
(Ɛ_Z H_u)/(M_1 (1+γ_1 ) )+(U_C+γ_r U_C^'')/(1+γ_r )+8.314γT_C=μ_r (U_Z^''+8.14T_Z )…………(1)
El coeficiente real de variación molecular es ( μ_r)
μ_r=(M_2+γ_r M_1)/(M_1 (1+γ_r ) )=(μ_0+γ_r)/(1+γ_r )=(1.0389+0.0023)/(1+0.0023)=1.0388
De aquí:
(Ɛ_Z H_u)/(M_1 (1+γ_1 ) )=0.82x42000/(0.7984x(1+0.0023))=43037.2868 KJ/Kmol
Calorespecifico molar medio del aire (μC_V) a volumen constante en KJ/kmol lo hallamos en la tabla 6. Para un Tc=1068.030 K= 794.9℃
Como ese valor no se encuentra en la tabla, entonces interpolamos:
℃ KJ/kmol
700 22.408794.9 x
800 22.713

X= 22.6974
Entonces: (μC_V)= 22,697 KJ/kmol
La energía interna de 1 Kmol de aire a la temperatura de compresión t_C es:
U_C=22,697x794.9=18041.8453 KJ/Kmol
La energía interna U_C de 1 Kmol de productos de combustión a la...